４３４９ マイコンカーラリーのための車両開発 A Vehicle Development of the Micro Computer Car Rally EC０８ 木村 匡宏 指導教員 冨田 雅史 准教授 １．はじめに 現在、ロボット技術が身近となり多くのロボット大 会が開催されるようになった。本研究で対象とする マイコンラリー大会[1]は規定されたコースをいかに 速く走れるかを競う大会である。本論文では大会 参加のために開発した既存の車両を基に、より性 能向上を図る上で、必要となる要素について検討 する。さらに、特性分析を行ない、より性能の高い 車両を科学的に開発出来る環境を与える。 ２．概要 図１に研究対象とす る車両の外観を示す。 本論文では、後輪駆動 で開発を行っている。こ 図 1 車両の外観 の車両は４輪構造で後 （新ゆきかぜ） 輪駆動、車体重量９８０ [ｇ]、前後重量バランス前４７：後５３である。車両が 走行するコースにはコーナーやクランク、レーンチ ェンジがあり、これら障害を高速に通過することが 車両に要求される性能である。 ３．車両の諸特性と検討 ３．１車両性能の検討 車両が障害を走行する際、舵を切ると同時に制 動もしくは加速を行う。従って、車両に必要となる 性能は、良好なステアリング特性と駆動力および制 動力である[2]。これらの性能は車体と地面との間に 介在するタイヤのグリップ力が重要な要素であると いえる。以下のことから、タイヤのグリップ力を中心 として各種車両の性能を表すデータを検討する。 ３．２タイヤ材料の検討 一般的にゴムの摩擦係数は 1 である。対象とする 車両はシリコンシートをゴムタイヤに貼り付けること で摩擦係数を大きくしている。図 2 にシリコン付タイ ヤの摩擦係数を求めた実験結果を示す。横軸が 鉛直方向に加えた 荷重 N、縦軸が水平方向に加 えた力 F である。このグラフの傾きから、シリコン付 タイヤお摩擦係数は 1.4 であることがわかる。また、 N=0[N]において F=0.3334[N]という値になっている が、若干の粘 着性があるこ とも損失原因 となるため、最 高速度が下が 図２ シリコンタイヤの摩擦 ることになりマ シンの性能低下につながるデメリットも併せ持つ。 F〔N〕 シリコ ン シー トの タイヤ 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 シ リ コ ン タイ ヤ の 摩 擦 係 数 μ y = 1.358x + 0.3334 0 0.5 1 1.5 N〔N〕 2 2.5 3 ３．３駆動力の検討 対象車両の条件における加速度と駆動輪加重 の関係についてシミュレーションした結果を図３に 示す。C 線が車両の荷重変化を示す特性である。 C 線を下回る荷重であれば車両はスリップ（空転） することなく加速することが出来る。これらの特性か ら、タイヤの摩擦係数と最大加速度および駆動輪 荷重の関係が得られる。その結果を表１に示す。 荷重変化による加速度限界 3500 駆 動 輪 荷 重 ｍ （a) 3000 2500 47:53の駆動輪荷重 （b) （c) 2000 1500 摩擦係数1のとき必要 な駆動力 摩擦係数1.4のとき必 要な駆動力 ［ｇ］ 1000 500 0 0 1 2 3 4 加速度α［Ｇ］ 図３ 加速度における駆動輪荷重の変化 表１ 摩擦係数における加速度と荷重の変化 摩擦係数 μ 最大加速度 α[Ｇ] 駆動輪荷重 ｍ[ｇ] 1.0 0.9 886.3 1.4 2.0 1373.3 ４．スリップ角の検討 図４ スリップ角の測定 表２ スリップ角の検討表 スリップ角 DUTY 比 回転半径 r[cm] [°] [％] 30 26.7 2.33 60 28.3 2.73 90 29.0 3.80 100 30.0 5.22 図 4 に舵角に対する走行ラインのずれであるスリ ップ角の実験の様子を示す。舵角 43[°]で走行し、 任意の一定速度となるようにモーター電圧のデュ ーティー比の制御を行った。表 2 に実験で得られ た速度に対するスリップ角の関係を示す。車両の 旋回時に外乱となるスリップ角を考慮することは精 度の高い旋回制御を行うために重要である。 ５.今後の発展 本研究では、車両の特性を実測とシミュレーショ ンにより定量的に得る方法を構築した。これらの特 性について分析を行なうことで、より性能の高い車 両開発を効率的に実施できる環境が整ったといえ る。今後はこの環境を活かした車両開発を実行し てより高い大会結果を得たいと考える。 文 献 [1]Ｍｉｃｏｍ Car Rally ホームページ http://www.mcr.gr.jp/ [2]宇野 高明, “車両運動性能とシャシーメカニズム,” グラン プリ出版, pp53-74, (Oct.2001)
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